Zinātnieki kliedēja cerības par cieto litija-metāla bateriju ar litija-lantāna-cirkonija oksīdu (LLZO) potenciālajām priekšrocībām, kuras tika uzskatītas par daudzsološu alternatīvu tradicionālajiem litija jonu akumulatoriem.
Pētījumā, ko veica Tohoku Universitātes zinātnieki, norādīts, ka granāta tipa litija-metāla bateriju enerģijas blīvuma priekšrocības varēja būt pārspīlētas. Pēc analīzes, pētnieki secināja, ka cietā litija-metāla baterija ar litija-lantāna-cirkonija oksīdu bāzētu elektrolītu sasniedz enerģijas blīvumu tikai 272 Wh/kg, kas tikai nedaudz pārsniedz mūsdienu litija jonu bateriju (250-270 Wh/kg) rādītājus. Ņemot vērā augstās ražošanas izmaksas un tehniskās problēmas saistībā ar LLZO ražošanu, pētnieki iesaka pievērst uzmanību kompozītajiem un kvazicietajiem elektrolītiem kā praktiskākām alternatīvām.
"Pilnīgi cietās litija-metāla baterijas ilgu laiku tika uzskatītas par enerģijas uzglabāšanas nākotni, taču mūsu rezultāti norāda, ka konstrukcijas, kas balstītas uz LLZO, var nesniegt cerēto enerģijas blīvuma pieaugumu. Pat ideālā scenārijā uzlabojumi ir nelieli un joprojām pastāv būtiskas problēmas ražošanā un izmaksās," skaidro vadošais pētījuma autors un WPI-AIMR zinātniskais līdzstrādnieks Tohoku Universitātē Eriks Cjianfens Čens.
Cietās litija-metāla baterijas tiek uzskatītas par visperspektīvāko nākamās paaudzes akumulatoru tehnoloģiju to drošuma un energoefektivitātes dēļ. Litija-lantāna-cirkonija oksīds ir viens no visvairāk pētītajiem cietajiem elektrolītiem, kuram ir augsta stabilitāte un spēja efektīvi vadīt litija jonus.
Tomēr detalizēto modelēto LLZO paraugu rezultāti rāda, ka pat izmantojot 25 mikronu plāno keramikas separatoru un augstas ietilpības katodu, baterijas darbība tikai nedaudz pārspēj visefektīvākos tradicionālos litija jonu akumulatorus. Viens no galvenajiem pētījuma jautājumiem bija LLZO blīvums, kas palielina kopējo masu un samazina cerētos enerģijas ieguvumus. Lai gan enerģijas tilpuma blīvums sasniedz aptuveni 823 Wh/l, LLZO papildina svars un izmaksas kavē tā praktiskumu. Turklāt atsevišķi tiek pieminēta materiāla trauslums, sarežģītībaāmēt plānus slāņus bez defektiem un problēmām ar litija dendrītiem un tukšumiem malās.
"LLZO ir lielisks materiāls stabilitātes ziņā, bet tā mehāniskie ierobežojumi un svara izmaksas rada nopietnus šķēršļus komercializācijai," uzsver Eriks Cjianfens Čens.
Kā alternatīvu pētnieki iesaka pētīt citus pieejas veidus, kompozējot LLZO ar citiem materiāliem. Piemēram, viņuprāt perspektīvs virziens ir litija-lantāna-cirkonija oksīda iekļaušana polimēros, kas saglabā augstu jonu vadītspēju un vienlaikus palielina elastīgumu un tehnoloģiskās iespējas. Vēl viena iespēja ir kvazicietie elektrolīti, kam nepieciešams neliels daudzums šķidra elektrolīta, lai uzlabotu jonu vadītspēju un strukturālo integritāti.
"Tā vietā, lai koncentrētos uz pilnīgi keramisko cieto bateriju, mums vajag pārdomāt savu pieeju, savienojot LLZO ar polimēru vai gēla elektrolītiem, mēs varam uzlabot tehnoloģiskumu, samazināt svaru un tajā pašā laikā saglabāt augstu veiktspēju," pārliecināts ir Eriks Cjianfens Čens.
Pētījuma rezultāti tika publicēti Energy Storage Materials
Avots: SciTechDaily
Komentāri (0)
Šobrīd nav neviena komentāra